王景學 楊學敏

摘 要：模擬企業(yè)真實生產，設計了一種可以實現供料、加工、分揀、輸送的自動化生產線。并完成該新型自動化生產線結構設計、氣動系統設計、電氣系統設計和觸摸屏組態(tài)，通過編寫程序，系統調試，達到了控制要求。

關鍵詞：自動化生產線;觸摸屏

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.28.096

1 引言

隨著自動化生產線的廣泛應用，企業(yè)對機電一體化設備生產、運行、安裝、調試和維護維修等工作崗位人才的要求也越來越高。因此，培養(yǎng)能夠綜合運用機、電、液氣等知識的技術技能型人才迫在眉睫。目前，各院校紛紛從企業(yè)購買自動化生產線設備，雖然能夠滿足教學要求，但十幾萬甚至是幾十萬的價格，限制了采購數量，導致教學過程中設備嚴重不足，影響了教學質量。我們設計的這種新型自動化生產線將機械加工技術、PLC控制技術、傳感器技術、步進電機及驅動技術等多種技術綜合運用，模擬企業(yè)真實生產過程，完成物料的自動供料、加工、運輸和分揀。該設備不僅符合教學要求，而且完全滿足企業(yè)對機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。同時我們對區(qū)內外多家企業(yè)進行調研，針對會發(fā)生任何人都能操作設備的問題，采用觸摸屏控制、監(jiān)控自動化生產線工作站的運行狀況，創(chuàng)新性的為操作員和管理員設置登錄密碼，解決了設備工作權限的問題。

2 設計思路

基于工業(yè)實際生產要求考慮，這種新型自動化生產線的設計主要滿足四個要求：①工作穩(wěn)定、可靠;②工作過程中動作精準到位;③動作反應靈敏;④可以設置工作權限。因此，在自動化生產線的電氣控制上使用1臺三菱FX1N-40MT型PLC控制步進電動機實現物料的自動供料、加工、運輸和分揀整個工作過程，滿足“穩(wěn)、準”的要求;采用氣壓傳動，通過PLC協調控制各工作站，提高工作效率，實現“快”的要求，并經過不斷討論，最終確定采用觸摸屏控制，創(chuàng)新性設置操作員和管理員登錄界面，用密碼登錄，實現區(qū)分工作權限的要求。

3 項目設計

該新型自動化生產線的設計包括四部分：①自動化生產線各工作站的結構設計;②氣動系統設計;③電氣系統設計;④觸摸屏組態(tài)、程序編寫和系統調試。

3.1 結構設計

應用氣動，電氣，機械技術，設計能夠自動推料、復位的供料站;能夠實現旋轉90度、伸縮、抓取三個動作的氣動機械手;能夠實現自動接料，沖壓的加工站;能夠自動停止在工作位置和推料位置的輸送帶，新型自動化生產線示意圖如圖1所示。

供料站：可以儲存物料并可以自動進行推料。推料由一個筆形氣缸完成。

機械手：可以完成旋轉、伸縮、吸盤抓料的動作。旋轉動作由旋轉氣缸完成，伸縮與抓取是由三個筆形氣缸和一個吸盤完成。

加工站：可以進行模擬沖壓且能夠自動完成上料下料動作，上下料由一個筆形氣缸及托盤完成，沖壓由單獨的筆形氣缸完成。

輸送站：由步進電機控制，可以準確停止在所需位置。

分揀站：由氣缸完成推出動作，完成金屬物料和非金屬物料的分揀任務。

3.2 氣動系統設計

新型自動化生產線供料站推料，機械手伸縮、吸盤抓料，加工站上下料、沖壓和分揀站推料均使用二位五通電磁閥控制筆型氣缸，機械手左右旋轉使用旋轉氣缸控制，部分氣動原理圖如圖2所示。

3.3 電氣系統設計

新型自動化生產線模擬實際工廠生產中的供料、加工、輸送和分揀流程，由供料站推出金屬和非金屬兩種小長方體物料，機械手抓取物料送到加工站進行加工，加工完成后，機械手抓取物料送到輸送站，輸送站將物料送到分揀站進行分揀，合格產品被送入到送料小車運走，不合格產品被推入料槽，人工取走。因此，在新型自動化生產線電氣系統的設計中考慮到以下事項：

（1）儲存在料倉中的物料經推料機構送到輸送帶上。當執(zhí)行完畢，輸送帶運動一定的距離，將物料送到機械手下。

（2）在輸送帶上的物料經機械手抓取，送到加工站的料盤里，這時機械手到達安全位置，加工站料盤縮回，縮回到位后，沖壓機構向下沖壓，模擬實際生產中的沖孔動作，沖壓完畢，料盤將物料送出，這時機械手再將物料抓起，輸送帶攜帶物料繼續(xù)運行。

（3）輸送帶運行一段距離，在裝有金屬檢測傳感器處停留，待檢測完畢，非金屬物料由推料機構送入送料小車中，金屬物料送入到儲料倉中。

（4）送入送料小車的工件，被小車運走。

（5）重復第一步到第四步繼續(xù)工作。

基于新型自動化生產線控制要求的考慮，采用三菱FX1N-40MT型PLC控制Kinco 2S56Q-02976型步進電動機，實現供料、加工、運輸和分揀整個工作過程“穩(wěn)、準”的要求;通過PLC協調各工作站運行，采用AirTAC 4V110-06型電磁閥和氣壓傳動技術，滿足快速性要求;采用昆侖通態(tài)MCGS TCP7062型觸摸屏，完成對各工作站的單站/全線控制，并且監(jiān)控各工作站運行狀況，為操作員和管理員設置登錄密碼，實現區(qū)分工作權限的要求。新型自動化生產線PLC輸入輸出I/O分配表如表1所示。

3.4 觸摸屏組態(tài)、程序編寫和系統調試

在完成新型自動化生產線的結構設計、氣動系統設計和電氣系統設計之后，為了監(jiān)控設備的單站/全線運行，創(chuàng)新性的為操作員和管理員設置登錄密碼，區(qū)分工作權限，防止操作人員以外的其它人員對設備進行誤操作，解決了設備工作權限的問題，登錄界面如圖3所示。

完成觸摸屏組態(tài)，編寫PLC程序，完成系統調試，達到新型自動化生產線設計的工作穩(wěn)定、可靠，工作過程中動作精準到位，動作反應靈敏和可以設置工作權限的四個工作要求，經過驗證，該款自動化生產線完全滿足上述要求，編寫的部分PLC程序如圖4所示。

4 項目總結

新型自動化生產線模擬了企業(yè)真實的供料、加工、分揀和運輸過程，將機械技術、PLC控制技術、傳感器技術等多種技術綜合應用，通過觸摸屏控制解決按鈕控制不能設置操作權限的問題，通過編寫程序、系統調試，實現了自動化生產線的四個設計要求。

參考文獻

[1]何用輝.自動化生產線安裝與調試[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2015.

[2]王榮華.自動化生產線安裝與調試[M].武漢： 華中科技大學出版社，2019.